MOSFET (Полевой транзистор с металлическим оксидом и полупроводником) представляет собой полупроводниковое устройство, которое широко используется для коммутации и усиления электронных сигналов в электронных устройствах. МОП-транзистор - это либо сердечник, либо интегральная схема, где он спроектирован и изготовлен в виде единого кристалла, поскольку доступны устройства очень малых размеров. Внедрение устройства MOSFET внесло изменения в сферу применения переключение в электронике . Давайте подробно объясним эту концепцию.

Что такое MOSFET?

МОП-транзистор - это четырехконтактное устройство с выводами истока (S), затвора (G), стока (D) и корпуса (B). Как правило, корпус полевого МОП-транзистора соединен с выводом истока, образуя трехконтактное устройство, такое как полевой транзистор. MOSFET обычно считается транзистором и используется как в аналоговых, так и в цифровых схемах. Это основная введение в MOSFET . И общая структура этого устройства следующая:

МОП-транзистор

Из вышеизложенного Структура MOSFET функциональность полевого МОП-транзистора зависит от электрических изменений, происходящих в ширине канала вместе с потоком носителей (дырок или электронов). Носители заряда входят в канал через вывод истока и выходят через сток.

Ширина канала контролируется напряжением на электроде, который называется затвором, и он расположен между истоком и стоком. Он изолирован от канала очень тонким слоем оксида металла. Емкость MOS, которая существует в устройстве, является важной частью, в которой вся операция осуществляется через нее.

МОП-транзистор с клеммами

MOSFET может работать двумя способами

Режим истощения
Режим улучшения

Режим истощения

Когда на выводе затвора нет напряжения, канал показывает максимальную проводимость. Тогда как когда напряжение на выводе затвора является положительным или отрицательным, проводимость канала уменьшается.

Например

Режим улучшения

Когда на выводе затвора нет напряжения, устройство не проводит. Когда на выводе затвора имеется максимальное напряжение, устройство показывает повышенную проводимость.

Режим улучшения

Принцип работы MOSFET

Основной принцип устройства MOSFET - это возможность управлять напряжением и током между выводами истока и стока. Он работает почти как выключатель, а функциональность устройства основана на МОП-конденсаторе. Конденсатор MOS является основной частью MOSFET.

Поверхность полупроводника в нижнем оксидном слое, который расположен между выводами истока и стока, может быть инвертирован из p-типа в n-тип посредством приложения либо положительного, либо отрицательного напряжения затвора соответственно. Когда мы прикладываем силу отталкивания к положительному напряжению затвора, то дырки, находящиеся под оксидным слоем, толкаются вниз вместе с подложкой.

Область обеднения заселена связанными отрицательными зарядами, которые связаны с атомами акцептора. Когда достигаются электроны, развивается канал. Положительное напряжение также притягивает электроны из n + областей истока и стока в канал. Теперь, если между стоком и истоком приложено напряжение, ток свободно течет между истоком и стоком, а напряжение затвора управляет электронами в канале. Если вместо положительного напряжения приложить отрицательное напряжение, под слоем оксида образуется дырочный канал.

Блок-схема MOSFET

P-канальный MOSFET

MOSFET с P-каналом имеет область P-канала, расположенную между выводами истока и стока. Это четырехконтактное устройство, имеющее выводы как затвор, сток, исток и корпус. Сток и исток представляют собой сильно легированную p + область, а тело или подложка - n-типа. Ток идет в направлении положительно заряженных дырок.

Когда мы прикладываем отрицательное напряжение с силой отталкивания к выводу затвора, электроны, находящиеся под оксидным слоем, проталкиваются вниз в подложку. Область обеднения заселена связанными положительными зарядами, которые связаны с донорными атомами. Отрицательное напряжение затвора также притягивает дырки из области истока и стока p + в область канала.

Режим истощения P-канал

Расширенный режим P-канала

N-канальный MOSFET

N-канальный MOSFET имеет N-канальную область, расположенную между выводами истока и стока. Это четырехконтактное устройство, имеющее выводы как затвор, сток, исток и корпус. В этом типе полевого транзистора сток и исток имеют сильно легированную n + область, а подложка или тело относятся к P-типу.

Ток в этом типе полевого МОП-транзистора происходит из-за отрицательно заряженных электронов. Когда мы прикладываем положительное напряжение с силой отталкивания к выводу затвора, отверстия, имеющиеся под оксидным слоем, проталкиваются вниз в подложку. Область обеднения населена связанными отрицательными зарядами, которые связаны с атомами акцептора.

При достижении электронами канал образуется. Положительное напряжение также притягивает электроны из n + областей истока и стока в канал. Теперь, если между стоком и истоком приложено напряжение, ток свободно течет между истоком и стоком, а напряжение затвора управляет электронами в канале. Вместо положительного напряжения, если мы приложим отрицательное напряжение, то под слоем оксида будет образовываться дырочный канал.

“принципиальная схема преобразователя постоянного тока переменного тока ”

Режим улучшения N Канал

Области действия MOSFET

В наиболее общем сценарии работа этого устройства происходит в основном в трех регионах, а именно:

Отсеченная область - Это область, в которой устройство будет в выключенном состоянии, и через него будет проходить нулевой ток. Здесь устройство функционирует как основной переключатель и используется, когда они необходимы для работы в качестве электрических переключателей.
Область насыщенности - В этой области устройства будут иметь постоянное значение тока между стоком и истоком без учета увеличения напряжения между стоком и истоком. Это происходит только один раз, когда напряжение между стоком и истоком увеличивается больше, чем значение напряжения отсечки. В этом сценарии устройство функционирует как замкнутый переключатель, где через сток к клеммам истока протекает ток насыщения. Благодаря этому выбирается область насыщения, когда предполагается, что устройства должны выполнять переключение.
Линейная / омическая область - Это область, где ток через сток к выводу истока увеличивается с увеличением напряжения на пути от стока к истоку. Когда полевые МОП-транзисторы работают в этой линейной области, они выполняют функции усилителя.

Рассмотрим теперь коммутационные характеристики MOSFET.

Полупроводник, такой как MOSFET или биполярный транзистор, в основном функционирует как переключатели в двух сценариях: один находится в состоянии ВКЛ, а другой - в состоянии ВЫКЛ. Чтобы рассмотреть эту функциональность, давайте взглянем на идеальные и практические характеристики устройства MOSFET.

Идеальные характеристики переключателя

Когда предполагается, что MOSFET работает как идеальный переключатель, он должен иметь следующие свойства, а именно:

В состоянии ON должно быть текущее ограничение, которое он несет
В выключенном состоянии уровни напряжения блокировки не должны иметь каких-либо ограничений.
Когда устройство работает во включенном состоянии, значение падения напряжения должно быть нулевым.
Сопротивление в выключенном состоянии должно быть бесконечным.
Не должно быть ограничений по скорости работы

Практические характеристики переключателя

Поскольку мир не просто придерживается идеальных приложений, функционирование MOSFET применимо даже для практических целей. На практике устройство должно обладать следующими свойствами:

В состоянии ВКЛ возможности управления мощностью должны быть ограничены, а это означает, что необходимо ограничить ток проводимости.
В выключенном состоянии уровни напряжения блокировки не должны ограничиваться.
Включение и выключение на конечное время ограничивает предельную скорость устройства и даже ограничивает рабочую частоту.
Во включенном состоянии полевого МОП-транзистора значения сопротивления будут минимальными, что приведет к падению напряжения при прямом смещении. Кроме того, существует конечное сопротивление в выключенном состоянии, которое обеспечивает обратный ток утечки.
Когда устройство работает с практическими характеристиками, оно теряет питание при включении и выключении. Это происходит даже в переходных состояниях.

Пример MOSFET в качестве переключателя

В приведенной ниже схеме используется расширенный режим и N-канальный полевой МОП-транзистор для переключения пробной лампы в условиях ВКЛ и ВЫКЛ. Положительное напряжение на выводе затвора подается на базу транзистора, и лампа переходит в состояние ВКЛ, и здесь V_GS= + v или при нулевом уровне напряжения устройство переходит в состояние ВЫКЛ, где V_GS= 0.

“Схема зарядного устройства для литий-ионных аккумуляторов ”

МОП-транзистор как переключатель

Если резистивная нагрузка лампы должна быть заменена индуктивной нагрузкой и подключена к реле или диоду, который защищен от нагрузки. В приведенной выше схеме это очень простая схема для переключения резистивной нагрузки, такой как лампа или светодиод. Но при использовании MOSFET в качестве переключателя с индуктивной или емкостной нагрузкой для устройства MOSFET требуется защита.

Если в случае, когда MOSFET не защищен, это может привести к повреждению устройства. Чтобы полевой МОП-транзистор работал в качестве аналогового переключающего устройства, он должен переключаться между его областью отсечки, где V_GS= 0 и область насыщения, где V_GS=+v.

описание видео

МОП-транзистор также может функционировать как транзистор, и его сокращенно называют полевым транзистором на основе оксида кремния и металла. Здесь само название указывало на то, что устройство может работать как транзистор. Он будет иметь P-канал и N-канал. Устройство подключается таким образом с помощью четырех клемм истока, затвора и стока, резистивная нагрузка 24 Ом подключается последовательно с амперметром, а измеритель напряжения подключается к полевому МОП-транзистору.

В транзисторе ток в затворе протекает в положительном направлении, а вывод истока соединен с землей. В то время как в устройствах с биполярным соединением транзисторов ток протекает по пути база-эмиттер. Но в этом устройстве нет тока, потому что в начале затвора есть конденсатор, ему просто требуется только напряжение.

Это можно сделать, продолжив процесс моделирования и включив / выключив. Когда переключатель находится в положении ON, ток в цепи не протекает, когда подключено сопротивление 24 Ом и 0,29 напряжения амперметра, мы обнаруживаем незначительное падение напряжения на источнике, потому что на этом устройстве есть + 0,21 В.

Сопротивление между стоком и истоком называется RDS. Из-за этого RDS при протекании тока в цепи появляется падение напряжения. RDS варьируется в зависимости от типа устройства (он может варьироваться в пределах от 0,001, 0,005 до 0,05 в зависимости от типа напряжения.

Вот несколько концепций, которые стоит изучить:

1). Как выбрать MOSFET в качестве переключателя ?

При выборе MOSFET в качестве переключателя необходимо соблюдать несколько условий, а именно:

Использование полярности канала P или N
Максимальные значения рабочего напряжения и тока
Повышенное значение Rds ON означает, что сопротивление на клемме Drain to Source, когда канал полностью открыт.
Повышенная рабочая частота
Вид упаковки К-220 и DPAck и многие другие.

2). Что такое КПД переключателя MOSFET?

Основным ограничением при использовании MOSFET в качестве переключающего устройства является повышенное значение тока стока, на которое может быть способно устройство. Это означает, что RDS в состоянии ON является решающим параметром, определяющим коммутационную способность MOSFET. Он представлен как отношение напряжения сток-исток к току стока. Его следует рассчитывать только в состоянии ВКЛ транзистора.

3). Почему переключатель MOSFET используется в повышающем преобразователе?

Как правило, повышающему преобразователю необходим переключающий транзистор для работы устройства. Итак, в качестве переключающих транзисторов используются полевые МОП-транзисторы. Эти устройства используются для определения текущего значения и значений напряжения. Кроме того, учитывая скорость переключения и стоимость, они широко используются.

Таким же образом MOSFET можно использовать по-разному. и это

MOSFET как переключатель для светодиода
remove_circle_outline
MOSFET как переключатель для Arduino
Переключатель MOSFET для нагрузки переменного тока
Переключатель MOSFET для двигателя постоянного тока
Переключатель MOSFET для отрицательного напряжения
MOSFET как переключатель с Arduino
MOSFET как переключатель с микроконтроллером
Переключатель MOSFET с гистерезисом
МОП-транзистор в качестве переключающего диода и активного резистора
MOSFET как уравнение переключения
Переключатель MOSFET для страйкбола
МОП-транзистор в качестве резистора переключающего затвора
МОП-транзистор как переключающий соленоид
Переключатель MOSFET с использованием оптопары
Переключатель MOSFET с гистерезисом

Применение MOSFET в качестве переключателя

Одним из ярких примеров этого устройства является его использование в качестве переключателя автоматической регулировки яркости в уличных фонарях. В наши дни многие огни, которые мы наблюдаем на шоссе, состоят из газоразрядных ламп высокой интенсивности. Но использование HID-ламп потребляет повышенный уровень энергии.

Яркость не может быть ограничена в зависимости от требований, поэтому должен быть переключатель для альтернативного метода освещения, и это светодиод. Использование светодиодной системы позволит преодолеть недостатки высокоинтенсивных ламп. Основная идея, лежащая в основе конструкции, заключалась в том, чтобы управлять освещением непосредственно на шоссе с помощью микропроцессора.

Приложение MOSFET в качестве переключателя

Этого можно добиться, просто изменив тактовые импульсы. По необходимости это устройство используется для включения ламп. Он состоит из платы Raspberry Pi, на которой установлен процессор для управления. Здесь светодиоды могут быть заменены на HID, и они связаны с процессором через MOSFET. Микроконтроллер выполняет соответствующие рабочие циклы, а затем переключается на MOSFET, чтобы обеспечить высокий уровень интенсивности.

Преимущества

Некоторые из преимуществ:

Повышает эффективность даже при работе на минимальных уровнях напряжения.
Отсутствует ток затвора, что создает больший входной импеданс, что дополнительно увеличивает скорость переключения для устройства.
Эти устройства могут работать при минимальных уровнях мощности и потребляют минимальный ток.

Недостатки

Некоторые из недостатков:

Когда эти устройства работают при уровнях напряжения перегрузки, это создает нестабильность устройства.
Поскольку устройства имеют тонкий оксидный слой, это может вызвать повреждение устройства при воздействии электростатических зарядов.

Приложения

Области применения MOSFET:

Усилители на полевых МОП-транзисторах широко используются в различных частотных приложениях.
Эти устройства обеспечивают регулировку двигателей постоянного тока.
Поскольку они имеют повышенную скорость переключения, они идеально подходят для изготовления чопперных усилителей.
Функционирует как пассивный компонент для различных электронных элементов.

В конце концов, можно сделать вывод, что транзистору требуется ток, тогда как MOSFET требует напряжения. Требования к управлению MOSFET намного лучше, намного проще по сравнению с BJT. А также знаю Как подключить МОП-транзистор к переключателю?

Фото Кредиты